1. تأثیر فشار پمپ و زمان ضربه.
هم فشار پمپ و هم ضربه پمپ عوامل مهمی هستند که بر عمر پیستون تأثیر می گذارند. هر چه فشار و کورس پمپ بیشتر باشد، عمر پیستون کمتر می شود. با افزایش فشار پمپ، فشار تماس بین فنجان پیستون و آستر سیلندر افزایش می یابد و نیروی اصطکاک به سرعت افزایش می یابد و مقدار زیادی گرمای اصطکاک ایجاد می کند. تحت تأثیر گرمای اصطکاک سطحی و گرمای اصطکاک داخلی، مولکولهای لاستیک دچار ترکخوردگی حرارتی یا اتصال متقاطع حرارتی میشوند که سایش، اکسیداسیون، پیری و هیدرولیز مواد لاستیکی را تسریع میکند و در نتیجه خواص مواد و مقاومت در برابر سایش کاهش مییابد. با افزایش دما، مدول الاستیک و استحکام کششی مواد کاهش می یابد. پس از تجاوز از دمای معین، مقاومت در برابر سایش به شدت کاهش می یابد و خاصیت ارتجاعی از بین می رود. پیستون قابلیت آب بندی خود را از دست داد و دچار اختلال شد.
با افزایش فشار پمپ، عمر مفید پیستون به سرعت کاهش می یابد. با افزایش تعداد ضربات، عمر مفید پیستون کوتاه تر و کوتاه تر می شود. با افزایش تعداد ضربات، سرعت، شتاب و نیروی اینرسی پیستون افزایش مییابد که باعث میشود بار متناوب روی پیستون نه تنها از نظر ارزش، بلکه فرکانس متناوب را نیز افزایش دهد و در نتیجه اثرات نامطلوب بیشتری را به دنبال داشته باشد. طبق گزارشات ادبیات، در شرایط کاری یکسان، حرکت پیستون 1.3 تا 1.5 برابر افزایش می یابد و عمر مفید پیستون 5 تا 6 برابر کاهش می یابد. مشاهده می شود که حرکت پمپ تاثیر قابل توجهی در طول عمر پیستون دارد. سایش پیستون با افزایش فشار و ضربه پمپ افزایش می یابد.
در عین حال به دلیل سایش ناهموار پیستون و ساختار غیر خنثی سازه، امکان سایش خارج از مرکز به شدت افزایش می یابد. بنابراین انتخاب فشار و کورس پمپ مناسب با توجه به وضعیت واقعی می تواند عمر مفید پیستون را بهتر بهبود بخشد.
2. تأثیر گرمای اصطکاکی
پیستون یک مهر و موم لاستیکی است. عامل مهمی که بر عمر مفید آب بندی های دینامیکی تأثیر می گذارد، گرمای اصطکاکی است. گرمای اصطکاکی و اثرات فرعی آن از عوامل اصلی شکست پیستون هستند. شکل اولیه آسیب حرارتی سوزاندن یا پیری سطحی مواد لاستیکی بود. لاستیک یک ماده کامپوزیت پلیمری است. در دماهای بالا قدرت آن به دلیل کاهش جاذبه بین مولکولی کاهش می یابد. در حین حفاری، پیستون در یک محیط کاری پرفشار، با سرعت بالا و کار سنگین قرار دارد. اصطکاک شدید باعث افزایش دمای پیستون لاستیکی می شود. با افزایش دما، لاستیک پیر می شود و ترک می خورد، که باعث می شود سطح متحرک بسیار راحت پوشیده شود و عمر مفید پیستون کاهش یابد.
یک اثر ثانویه آسیب حرارتی تغییر شکل سطح در تماس لاستیک با صفحه است. پس از کار در یک محیط کاری با دمای بالا برای مدتی، سطح لاستیک به طور دائم تغییر شکل می دهد. فنجان پیستون توسط آستر سیلندر، هسته فولادی و صفحه فشار مهار می شود. در مقایسه با فولاد، مواد لاستیکی دارای سفتی کم و ضریب انبساط حرارتی زیاد است. بنابراین، هنگامی که مقدار زیادی گرمای اصطکاکی را نمی توان از بین برد و لاستیک گرم می شود، فنجان فقط می تواند در فضای بین صفحه فشار و آستر سیلندر و در شکاف بین هسته فولادی و آستر سیلندر منبسط شود، به طوری که صفحه فشار داخل فنجان می افتد و در شکاف فشرده می شود.
انبساط پمپ می تواند نه تنها به خود، بلکه به حلقه های آستر سیلندر نیز آسیب برساند. افزایش نیروی شعاعی ناشی از انبساط باعث سایش سریعتر آستر می شود. برای کاهش اثر حرارت اصطکاکی بر خرابی پیستون، گرمای تولید شده توسط اصطکاک بر روی آببندها از سیستم خارج میشود. اگرچه گرمای اصطکاکی عامل اصلی شکست پیستون است، گرمای اصطکاکی را می توان به طور موثر از طریق شرایط اتلاف گرما خوب و سیستم های خنک کننده کاهش داد.
3. تاثیر فاصله پیستون
فاصله پیستون عامل مهمی است که منجر به خرابی پیستون می شود. فاصله پیستون به شکاف بین هسته فولادی پیستون و آستر سیلندر اشاره دارد. در حین حرکت رفت و برگشتی پیستون، با توجه به درجات مختلف محوری آستر سیلندر و هسته فولادی و وزن مجموعه پیستون، باید سایش ناشی از تماس مستقیم بین آستر سیلندر و هسته فولادی ایجاد شود. این فلز برای سنگ زنی فلزات بسیار مضر است. نه تنها اصطکاک شدید ایجاد می کند، بلکه به راحتی یکدیگر را خراش می دهد. این نه تنها به آستر سیلندر و هسته فولادی آسیب می رساند، بلکه سطح خراشیده شده نیز به راحتی به پیستون آسیب می رساند، به راحتی سوراخ و نشتی ایجاد می کند، پمپ حفاری را از کار عادی خود باز می دارد و راندمان حفاری را به طور جدی تحت تاثیر قرار می دهد. هرچه شکاف پیستون کوچکتر باشد، اثر مرکزیت هسته فولادی پیستون بهتر است، اما در عین حال، خطر سایش غیرعادی بیشتر است. هرچه مقدار شکاف پیستون بزرگتر باشد، احتمال جریان یافتن مواد جام پیستون به شکاف بیشتر می شود و احتمال له شدن آن بیشتر می شود. هر چه بزرگتر باشد، احتمال گاز گرفتن ریشه پیستون بیشتر است. بنابراین، مقدار فاصله معقول برای بهبود طول عمر آستر سیلندر، هسته فولادی و پیستون ضروری است.
